EMI中和传导相关共模及差模电流产生原理

2.2 变压器模型

变压器所包含的寄生电容的模型见图6中所示。

① Cp: 初级绕组的层间电容。

② Coe: 输出线到大地的电容。

③ Cme: 磁芯到大地的电容。

④ Ca: 最外层绕组到磁芯的电容。

⑤ Ct: 辅助绕组到次级绕组的电容。

⑥Cs: 初级绕组到次级绕组的电容.

⑦ Cm: 最内层初级绕组到磁芯的电容。

2.3 差模电流

差模电流噪声主要由功率开关器件的高频开关电流产生。

① 功率器件开通

在功率器件开通瞬间存在电流的尖峰，图7所示。

开通电流尖峰由三部分组成：

(1) 变压器初级绕组的层间电容充电电流。

(2) MOSFET漏源极电容的放电电流。

(3) 工作在CCM模式的输出二极管的反向恢复电流。

开通电流尖峰不能通过输入滤波的直流电解电容旁路，因为输入滤波的直流电解电容有等效的串联电感ESL和电阻ESR，这样就产生的差模电流在电源的两根输入线间流动。注意：MOSFET漏源极的电容的放电电流对差模电流噪声无影响，但会产生辐射干扰。

功率器件开通瞬间形成的差模电流为IDM 为：

对于变压器而言，初级绕组两端所加的电压高，初级绕组的层数少，层间的电容越少，然而在很多应用中由于骨架窗口宽度的限制并为了保证合适的饱和电流，初级绕组通常用多层结构。本设计针对四层的初级绕组结构进行讨论。

对于常规的四层初级绕组结构，在开关管开通和关断的过程中，层间的电流向同一个方向流动。在图9中，在开关管开通时，源极接到初级的地，B点电压为0，A点电压为Vin，基于电压的变化方向，初级绕组层间电容中电流流动方向向下，累积形成的差模电流值大。

② 功率器件关断

在功率器件关断瞬间，MOSFET漏源极电容的充电，变压器初级绕组的层间电容放电，这两部分电流也会形成差模电流，如图10所示。

功率器件关断瞬间形成的差模电流为IDM 为：

同样，基于电压的变化方向，初级绕组层间电容中的电流流动方向向上，累积形成的差模电流值大。

③功率开关工作于开关状态，开关电流（开关频率）的高次谐波也会因为输入滤波的直流电解电容的ESL和ESR形成差模电流。

差模电流可以通过差模滤波器滤除，差模滤波器为由电感和电容组成的二阶低通滤波器。从PCB设计而言，尽量减小高的di/dt的环路并采用宽的布线有利于减小差模干扰。

由于滤波器的电感有杂散的电容，对于高频的干扰噪声可以由杂散电容旁路，使滤波器不能起到有效的作用。用几个电解电容并联可以减小ESL和 ESR，在小功率的充电器中由于成本的压力不会用X电容，因此在交流整流后要加一级LC滤波器，图13所示。

如果对变压器的结构进行改进，如图14和15所示，通过补偿的方式可以减小差模电流。注意：初级绕组的热点应该埋在变压器的最内层，外层的绕组起到屏蔽的作用。

同样的基于电压的变化方向，可以得到初级绕组层间电容的电流流动的方向，由图14 和15 所示可以看到，部分的层间电流由于方向相反可以相互的抵消，从而得到补偿。

2.4 共模电流

共模电流在输入及输出线与大地间流动，其产生主要是功率器件高频工作时产生的电压的瞬态的变化。共模电流的产生主要有下面几部分：

① 通过MOSFET源级到大地的电容Cde。如果改进IC的设计，如对于单芯片电源芯片，将MOSFET源极连接到芯片基体用于散热，而不是用漏极进行散热，这样可以减小漏极对大地的寄生电容。PCB布线时减小漏极区铜皮的面积可减小漏极对大地的寄生电容，但要注意保证芯片的温度满足设计的要求。

②通过Cm 和Cme产生共模电流。

③ 通过Ca 和 Cme产生共模电流。

④ 通过Ct 和Coe产生共模电流。

⑤ 通过Cs 和Coe产生共模电流，这部分在共模电流中占主导作用。减小漏极电压的变化幅值及变化率可减小共模电流，如降低反射电压，加大漏源极电容，但这样会使MOSFET承受大的电流应力，其温度将增加，同时加大漏源极电容产生更大的磁场发射。

电压如果系统加了Y电容，由图17所示, 通过Cs的大部分的共模电流被Y 电容旁路，返回到初级的地，因为Y电容的值大于Coe。Y电容必须直接并用尽量短的直线连接到初级和次级的冷点。作为一个规则，如果开通叶MOSFET的dV/dt大于关断时的值，Y电容连接到初级的地。反之连接到Vin。

强调：电压没有变化的点称为静点或冷点，电压变化的点称为动点或热点。初级的地和Vin都是冷点，对于辅助绕组和输出绕组，冷点可以通过二极管的位置进行调整。图18中，A，B和Vin为冷点，F，D，B和C为热点；而图19中，A，Vcc，Vin和Vo为冷